光伏电站箱式变压器故障分析及处理

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摘要：当前，光伏电站大规模投产，但同时光伏设备的故障处理面临较大难题，本文主要就箱式变压器单相接地、高压断线、高低压短路等典型故障的故障象征及分析处理过程展开详述，并提出了箱式变压器的故障防范措施，希望对光伏电站安全运行有所帮助。

关键词：光伏电站；箱式变压器；典型故障；分析；处理

为有效分析箱式变压器的故障情况，本文选用双二次绕组箱式变压器（ZGS11-Z.T-1000/38.5），可带2台集中式逆变器，其发电单元结构如图1所示。该箱变采用的是三相三柱式结构设计，低压侧有2个绕组，整体结构分为高、低压室、油箱等三大部分。在实际运行中，箱式变压器的常见故障有低压绕组接地故障、高压侧断线故障以及高低压侧短路故障等，下面就此展开详细分析。

1光伏电站箱式变压器典型故障

1.1低压绕组接地故障分析

由于在光伏电站箱变结构设计中，并未设计中性点接线，若其低压侧出现单相接地类故障，会对绝缘造成较大危害。集中逆变器的运行状态不同，所表现的故障情况也会有差异。首先来说，当在光照不足的情况下，发电单元不再工作，集中逆变器会脱离并网的状态，这样待机状态下的逆变器将不再作为发电负荷，而是借助于箱式变压器从电网上吸收电能。此时箱式变压器所承担的是配电任务，若在箱变低压位置出现单相接地，那么逆变器所接受到的线电压仍不会改变，逆变器还会正常工作，然而相电压会升高，在长期运行下，会造成箱式变压器低压侧的绝缘损坏，甚至出现多点接地的情况。其次，若有光照的情况下，集中逆变器会转变为并网状态，通过分析其接线方式，箱变不接地的运行方式，在单向接地状态下，难以与大地构成有效的回路，也就是不会有接地电流，逆变器出线线电压也不会发生变化，但其控制系统在设计之初，主要监测的仍然是线电压，不会发现接地异常，逆变器仍会正常工作，但受接地影响，逆变器的整体效率会降低，进而影响到光伏发电效益。

1.2高压侧断线故障分析

根据断线位置的不同，箱式变压器断线故障又分为高压引线和绕组断线。当箱变高压侧出现高压引线断线故障后，其直接导致逆变器跳闸，发电机组也会因故障而停机。箱变经试验检测可以发现，箱式变压器内部会有声响以及特殊气味，故障相的绕组会出现电阻无穷大的情况，而测量其直流电阻可发现正常相与故障相绕组间的电阻也会无穷大，这样基本可以判断断线故障的发生。而当发生高压绕组断线故障时，其故障象征会有所不同，主要表现在直流电阻不会表现为无穷大，而是仅为正常两相间直流电阻的两倍。通过测量故障后的电压可发现，在高压侧，故障相与相邻相的线电压会降低，一般会降至额定线电压的50%，而正常相的线电压并不会变化；在低压侧，断线相所对应的低压侧一相的线电压有明显降低，但不会变为零，这主要是由感应电压所导致的。

1.3高低压侧短路故障分析

通常在箱式变压器运行中，相间短路故障多有发生，当高/低压侧发生相间短路时，会导致箱式变压器对应侧断路器跳闸，而且在故障冲击下，箱式变压器往往会伴随有内部异响、喷油、异味等情况。一般来说，对箱变短路故障的分析，要从保护动作情况入手，大体了解箱变故障情况，然后要将箱变转至检修的状态，做好安全措施，并将该光伏发电单元解列，详细查看故障状况。而且有时在故障初期，可能仅为箱式变压器相间故障，若故障进一步发展，会造成变压器内部绕组烧毁损伤，铁芯崩坏等更大损失，这种情况下箱式变压器只能采取报废处理。这里以箱变某次实际故障的发展过程进行分析，最初故障发生在低压侧相间短路，在短路冲击放电作用下，造成高低压绕组间的击穿短路，这种状况下会造成更严重的短路放电，进而造成铁芯损坏，受高温影响，箱变油箱内部油会严重喷发，并且出现分解变质等情况。经研究发现，高低压绕组间短路的直接原因在于其本身便有绝缘薄弱点。

2光伏电站箱式变压器故障防范措施

2.1增设绝缘监测装置

对于本文所选箱式变压器，属于三相三线的星形接线，若出现单相接地的情况，会因不存在中性点而使得线电压无明显的改变，增大了接地故障排查的难度，接地逆变器持续工作可能造成接地故障的恶化，甚至带来更大风险。为此，绝缘监测装置的使用，能够为逆变单元的并网增添一道保障，若出现接地故障，会直接发出绝缘故障告警，而使故障单元解列。此外，为更好地应对光伏箱式变压器接地故障，宜采用含中性点接线的逆变器，而其接线组别宜选用yn11类型。

2.2加强日常绝缘监测

为保障光伏电站运行安全，应当严格依规开展定期监测工作，特别是在绝缘监测方面，能够更及时的发现箱式变压器的绝缘缺陷，降低站内设备故障几率。在实际光伏电站运维中，需适当提高箱变绝缘监测的频次。

2.3重视油样化验工作

经光伏电站箱变故障分析，其内部绝缘缺陷是导致高压故障的关键原因，为避免类似故障发生，需做好箱变内部油样的化验工作。从内部绝缘出现缺陷到引发故障，均是在较长时间逐渐积累的，其在恶化过程中通常会有放热或放电的问题，进而使得油样成分发生拜年话。通过定期化验，能够更有效的去检测绝缘状况，必要时还要采取干预措施，避免绝缘情况恶化。在箱变运行中，还要加强油温的监测，通过增加巡视及化验的频次的方式，避免油温过高变压器演变为故障。

2.4做好投建阶段技术选型工作

为保证光伏电站长期运行的安全性，降低箱式变压器的故障几率，就要从光伏电站建设阶段出发，切实做好选址、电气设计、设备选型等工作，确保箱变产品本身质量过硬，还要符合电站整体设计要求。

3结束语

综上所述，本文以典型的箱式变压器为例，结合光伏发电特点，详细分析了其常见的接地、断线以及短路等变压器故障。为有效规避箱变故障，光伏电站运维方要加强日常绝缘监测，重视油箱化验工作，在条件允许下，还要增设绝缘监测装置，切实保障箱式变压器安全运行。

参考文献

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作者：曲小飞 单位：山西华鑫电气有限公司